课件--非晶硅太阳能电池基础知识

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1、非晶硅太阳能电池基础知识第一章、太阳能电池的特性太阳能电池是能把光能直接转换成电能的半导体器件，主要是半导体材料制造成的。太阳电池把光能转化成电能，包括下面三个过程；1、太阳光或其他光照射到太阳能电池的表面。2、太阳能电池的半导体能吸收光子，并激发出电子－空穴对，这些电子空穴对被太阳电池的内建场分离，分离的条件：a、有内建电场；b、电子空穴有足够长的寿命和迁移率，使μt足够大，μt为在内建场的作用下，在电子空穴的寿命时间内漂移的距离，这个距离保证电子空穴“分开”，电子集中在一边，空穴集中在另一边，太阳电池利用PN结或PIN结势垒区的静电场达到分离电子、空穴的目的。3、

2、被分离的电子空穴，经电极收集输出到电池体外，形成电池。1.1、光谱分布1、太阳光是以辐射的方式向空间传输能量的，地球每年接受到的阳光的能量相当于现在世界年发电量的14万倍。太阳光谱的波长：0.7－几百微米红外光0.4－0.75微米可见光0.3－0.4微米紫外光0.3微米以下X射线2、波长与频率的关系λ＝L/Vλ：波长，V：频率，L：光速hv＝E光子能量1.1、光谱分布1.2、大气质量大气层对太阳光吸收、散射:1）太阳光穿透大气层，峰底波长向长波方向偏移，水气二氧化碳滤掉一部分红外光，臭氧滤掉一部分紫外光。2）大气层外，太阳光谱的峰值在0.5μ附近大气层的厚度在100公

3、里左右。大气层外“大气质量为0”为：AM0太阳垂直照射在海平面“大气质量为1”为：AM1太阳光与海平面的法线夹角60度时它通过大气的质量为：AM2AM0太阳光谱总投射功率为：135.3mw/cm2AM1太阳光谱总投射功率为：100mw/cm2AM2太阳光谱总投射功率为：72—75mw/cm2测试太阳电池的标准光强是：AM1.51000W/m2温度为：25℃1.2、大气质量1.3、太阳电池的分类1、按应用的场合分：a、空间应用：卫星、通讯卫星、间谍卫星、气象卫星、资源普查卫星、宇宙飞船、空间站。b、地面应用：太阳能电站、通讯、广播、交通、气象站、地质勘察、管道保护、道口

4、信号、边防哨所、计算器、手表、照相机、玩具、水泵、照明、家用电器2、按使用方式：干板式、聚光式、自动跟踪式3、按使用材料分：单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电4、按“结”分：PN结电池、PIN结电池、多结电池、异质结电池5、其他薄膜太阳电池：a-Si、CIS研究中的铜铟硒、及各种非晶硅基合金电池。1.4、太阳电池的结构1、晶体硅太阳电池2、非晶硅太阳电池1.4、太阳电池的结构1.5、太阳能电池参数1、短路电流Isc-----在一定的光照下通常取AM1.5=100mw/cm²输出端短路时，太阳电池的输出电流。2、开路电压Voc---在一定的光照(AM1.5)输

5、出端开路时，太阳电池的两端的电压。3、填充因子FF填充因数FF定义为：FF=Pm/(Isc*Voc)=(Im*Vm)/Isc*voc即最大输出功率与短路电流和开路电压乘积的比，“有时也把Isc称作太阳电池的极限功率”填充因数是太阳电池质量好坏的一个重要标志，FF越大，说明电池的最大输出功率越接近极限输出的功率。影响FF的重要因素是串联电阻Rsh，Rs越大，FF越小。1.5、太阳能电池参数4、最大输出功率Pm----“峰值功率”在一定光照下（AM1.5）太阳电池能够输出的最大功率:Pm=Im*Vm由太阳电池的输出特性曲线可以看出：虽然在同样的光照下同一块太阳电池负载不同

6、，太阳电池的输出功率也不同，A点：负载电阻RA,RA.VA/Id(1/RA的斜率)此时太阳电池的输出功率为：PA=Id*VAB点：“负载电阻为RB的输出功率为PB=IdVB,显然PB＞PAP点：输出功率最大，Vm=Im-Vm称作太阳电池的最大输出功率相对应的负载电阻Pm称为最佳负载，在设计太阳电池的应用产品时，一定要注意选用的负载，使其电阻等于最佳负载电阻，使其输出功率Pm最大，即尽量发挥太阳电池的潜力。1.5、太阳能电池参数5、温度系数电压、电流，最大输出功率的温度系数在某一温度，温度每升一度，参数相对变化。如：25℃（Isc(26℃)-Isc（25℃）/Isc(2

7、5℃)×100%/℃电池电压温度系数：-0.33%/℃，电流温度系数：0.09%/℃,输出功率温度系数：-0.23%/℃6、转换效率η-----在一定光照下（Am1.5(1000nw)/cm²），太阳电池的最大输出功率Pm与入射光能之比。η=Vm.Im/Pinη=pm/pin转换效率是一个太阳电池性能好坏的最主要的标志，显然转换效率越高太阳电池把太阳能转换变成电能越强，太阳能的利用越高，在相同的条件下，输出的电能越大。目前单晶硅电池，实验室可排到18%，批量生产可达到14%；非晶硅电池，实验室可达到13.2%，批量生产可达到6-10%；第二章：非晶硅